什么是染料敏化太阳能电池
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填充因子与电池的内阻有关。内阻越大，填充因子越小。 从化学上分析，内阻还受电解质的传质动力学限制，也就 是电解质中的氧化还原电偶扩散速率的快慢限制。 填充因子受TiO2光阳极与电解质界面影响较大，导带中的 电子在电解质内复合越严重，则FF越小。
电解质
电解质需要满足的条件：
（1）电解质氧化还原电对的氧化还原电势应与染料分子 的能级匹配； （2）电解质中的离子传输速率较快； （3）在可见光吸收光谱范围内电解质的吸收较弱； （4）电解质的氧化还原过程的可逆性良好。 电解质可分为液态、准固态以及固态电解质。
diffusion I3(anode) 3I (cathode) electrolyte
circuiຫໍສະໝຸດ Baidu e- |TiO2 e- |Pt
(2) (3) (4)
(5)
(6)
electron recapture I3 + 2e-(cb) 3I dark reaction recombination TiO2 |S+ + e-(cb) TiO2 |S dark reaction
(7) (8)
电池的光电性能评价
I-V曲线
影响光电流的因素
光子吸收和电子传输分别由染料分子和半导体材料来承担 的。因此染料分子和半导体对光电流产生显得尤为重要。
染料分子的激发态能级高于半导体的导带底能级；
染料分子的激发态寿命影响电子注入的效率；
注入导带的电子发生回迁，与染料分子复合； 电子与电解质中I3-复合； 总的来说，电子注入速率越高，电荷复合过程的速率越低， 电子在电路传输过程中的损失就越小，光生电流强度就越 大，太阳能电池的光电转化效率也就越高。
Working principle of conducting polymer using in DSSC as HTM
A.F.Nogueira,C.Longo,M.A.De Paoli.Polymers in dye sensitized solar cells:overview and perspectives[J]. Coordination Chemistry
(1)
injection TiO2 |S* TiO2 |S+ + e-(cb) regeneration TiO2 |2S+ + 3I- TiO |2S + I 2 3 anode deoxidizing reaction I3 + 2e-(Pt) 3I cathode
填充因子 0.26 0.483
效率 （%） 1.47 4.51
存在问题
1. TiO2与空穴传输层之间的界面电荷复合率高;
电池填充因子较低
2. 空穴传输材料本身的导电率很低；
电池光电流较低
3. 电解质与电极纳米粒子之间的接触性能差； 影响界面上的电荷传质速度，降低填充因子
Principle of dye sensitized solar cell
kinj
ket
kb
O’Regan B. & Grätzel M. Nature 353 (1991) 737 Grä tzel M. Nature 414 (2001) 338
影响光电压的因素
理论的开路电压Voc值等于光照条件下TiO2半导体的费 米能级（Efemi）与电解质中氧化还原电对的能斯特电势 （E R/R-）之差。
DSSC的工作原理
太阳光照射到电池表面时，吸附在二氧化钛光阳极表面的 染料分子受到激发由基态S跃迁到激发态S*,然后将一个电 子注入到二氧化钛导带内，此时染料分子自身转变为氧化 态S+。 注入到二氧化钛层的电子富集到导电基底，并通过外电路 流向对电极,形成电流。 处于氧化态的染料分子从电解质溶液中的电子给体得到电 子，自身恢复为还原态，使染料分子再生。 被氧化的电子给体扩散至对电极 ,在对电极表面得到电子， 被还原,从而完成一个光电化学反应循环。
kT J sc Voc ln q J dk
q表示完成一个氧化还原循环过程需要转移的电子数目，Jdk指的是暗电 流的电流密度，k指波尔兹曼常数。
影响填充因子的因素
填充因子可以反映太阳能电池的输出性质，是一个重要参 数。太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充系 数就越大，反映到太阳能电池的电流-电压特性曲线上， 曲线就越接近矩形，此时太阳能电池的转换效率就越高。
Principle of dye sensitized solar cell
kinj
ket
kb
O’Regan B. & Grätzel M. Nature 353 (1991) 737 Grä tzel M. Nature 414 (2001) 338
染料敏化太阳能电池的基本反应
hv excitation TiO2 |S TiO2 |S*
染料敏化太阳能 电池(DSSC) 原理介绍
报告人 秦琦
什么是染料敏化太阳能电池？
“染料敏化太阳能电池”全称为“染料敏化纳米薄 膜太阳能电池”，是模拟自然界中的光合作用原理， 采用吸附染料的纳米多孔TiO2半导体膜作为光阳极， 并选用适当的氧化-还原电解质，用镀铂的导电玻 璃作为光阴极，这样一个简单的染料敏化太阳能电 池就做好了。 只要太阳光一照到电池上，它就会源源不断的开始 发电了。
Sample Epa(Vvs.SCE) Epc(Vvs.SCE)
EHOMO(eV)
Calculated Voc(V)
PANI
0.748
0.254
-5. 24
1.033
固态电解质能级结构图
固态DSSC光电性能
样品 固态DSSC 液态DSSC
短路电流密度 （mA/cm2） 5.49 14.60
开路电压 （V） 1.03 0.64
空穴传输材料（HTM）
被氧化的染料分子通过HTM得到电子，空穴经由HTM层 传输到对电极，在对电极上得到电子，完成一个电化学循环。
原位聚合聚苯胺固态电解质
E
0
E pa E pc 2
EHOMO e E 0 vsSCE 4.742
ECB EHOMO Voc e
电解质
电解质需要满足的条件：
（1）电解质氧化还原电对的氧化还原电势应与染料分子 的能级匹配； （2）电解质中的离子传输速率较快； （3）在可见光吸收光谱范围内电解质的吸收较弱； （4）电解质的氧化还原过程的可逆性良好。 电解质可分为液态、准固态以及固态电解质。
diffusion I3(anode) 3I (cathode) electrolyte
circuiຫໍສະໝຸດ Baidu e- |TiO2 e- |Pt
(2) (3) (4)
(5)
(6)
electron recapture I3 + 2e-(cb) 3I dark reaction recombination TiO2 |S+ + e-(cb) TiO2 |S dark reaction
(7) (8)
电池的光电性能评价
I-V曲线
影响光电流的因素
光子吸收和电子传输分别由染料分子和半导体材料来承担 的。因此染料分子和半导体对光电流产生显得尤为重要。
染料分子的激发态能级高于半导体的导带底能级；
染料分子的激发态寿命影响电子注入的效率；
注入导带的电子发生回迁，与染料分子复合； 电子与电解质中I3-复合； 总的来说，电子注入速率越高，电荷复合过程的速率越低， 电子在电路传输过程中的损失就越小，光生电流强度就越 大，太阳能电池的光电转化效率也就越高。
Working principle of conducting polymer using in DSSC as HTM
A.F.Nogueira,C.Longo,M.A.De Paoli.Polymers in dye sensitized solar cells:overview and perspectives[J]. Coordination Chemistry
(1)
injection TiO2 |S* TiO2 |S+ + e-(cb) regeneration TiO2 |2S+ + 3I- TiO |2S + I 2 3 anode deoxidizing reaction I3 + 2e-(Pt) 3I cathode
填充因子 0.26 0.483
效率 （%） 1.47 4.51
存在问题
1. TiO2与空穴传输层之间的界面电荷复合率高;
电池填充因子较低
2. 空穴传输材料本身的导电率很低；
电池光电流较低
3. 电解质与电极纳米粒子之间的接触性能差； 影响界面上的电荷传质速度，降低填充因子
Principle of dye sensitized solar cell
kinj
ket
kb
O’Regan B. & Grätzel M. Nature 353 (1991) 737 Grä tzel M. Nature 414 (2001) 338
影响光电压的因素
理论的开路电压Voc值等于光照条件下TiO2半导体的费 米能级（Efemi）与电解质中氧化还原电对的能斯特电势 （E R/R-）之差。
DSSC的工作原理
太阳光照射到电池表面时，吸附在二氧化钛光阳极表面的 染料分子受到激发由基态S跃迁到激发态S*,然后将一个电 子注入到二氧化钛导带内，此时染料分子自身转变为氧化 态S+。 注入到二氧化钛层的电子富集到导电基底，并通过外电路 流向对电极,形成电流。 处于氧化态的染料分子从电解质溶液中的电子给体得到电 子，自身恢复为还原态，使染料分子再生。 被氧化的电子给体扩散至对电极 ,在对电极表面得到电子， 被还原,从而完成一个光电化学反应循环。
kT J sc Voc ln q J dk
q表示完成一个氧化还原循环过程需要转移的电子数目，Jdk指的是暗电 流的电流密度，k指波尔兹曼常数。
影响填充因子的因素
填充因子可以反映太阳能电池的输出性质，是一个重要参 数。太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充系 数就越大，反映到太阳能电池的电流-电压特性曲线上， 曲线就越接近矩形，此时太阳能电池的转换效率就越高。
Principle of dye sensitized solar cell
kinj
ket
kb
O’Regan B. & Grätzel M. Nature 353 (1991) 737 Grä tzel M. Nature 414 (2001) 338
染料敏化太阳能电池的基本反应
hv excitation TiO2 |S TiO2 |S*
染料敏化太阳能 电池(DSSC) 原理介绍
报告人 秦琦
什么是染料敏化太阳能电池？
“染料敏化太阳能电池”全称为“染料敏化纳米薄 膜太阳能电池”，是模拟自然界中的光合作用原理， 采用吸附染料的纳米多孔TiO2半导体膜作为光阳极， 并选用适当的氧化-还原电解质，用镀铂的导电玻 璃作为光阴极，这样一个简单的染料敏化太阳能电 池就做好了。 只要太阳光一照到电池上，它就会源源不断的开始 发电了。
Sample Epa(Vvs.SCE) Epc(Vvs.SCE)
EHOMO(eV)
Calculated Voc(V)
PANI
0.748
0.254
-5. 24
1.033
固态电解质能级结构图
固态DSSC光电性能
样品 固态DSSC 液态DSSC
短路电流密度 （mA/cm2） 5.49 14.60
开路电压 （V） 1.03 0.64
空穴传输材料（HTM）
被氧化的染料分子通过HTM得到电子，空穴经由HTM层 传输到对电极，在对电极上得到电子，完成一个电化学循环。
原位聚合聚苯胺固态电解质
E
0
E pa E pc 2
EHOMO e E 0 vsSCE 4.742
ECB EHOMO Voc e